DE102005038638B4

DE102005038638B4 - Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE102005038638B4
Application number: DE102005038638A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2025-08-10
Also published as: DE102005038638A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Blasformen extrudierter Vorformlinge aus thermoplastischen Kunststoffen, die insbesondere für den Einsatz in Blasformwerkzeugen mit Kavitäten von stark gewundener Gestalt geeignet ist. Unter Einsatz eines Gasstromes in einem regelbaren geschlossenen Strömungskreislauf werden Vorformlinge in der Kavität des Formwerkzeuges störungsfrei geführt und gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen aus thermoplastischen Kunststoffen, welche sich insbesondere für den Einsatz in Blasformwerkzeugen mit einem Formhohlraum (Kavität) von stark gewundener Gestalt eignet.
Verfahren und Vorrichtungen zum Blasformen technischer Formteile unter Verwendung von extrudierten Vorformlingen sind seit langem bekannt. So beschreibt die Druckschrift DE-OS 198 45 269 A1 eine Vorrichtung zum Blasformen, bei der ein aus einer Extrusionsdüse ausgebrachter Kunststoffschlauch von einem Luftstrom luftkissenartig gestützt in den Formhohlraum eines dreidimensional gekrümmten geteilten Formwerkzeuges eingebracht wird. Zum störungsfreien Transport des Schlauches wird dazu in den gegen die äußere Umgebung abgedichteten Zwischenraum zwischen der Extrusionsdüse und der oberen Öffnung des Formhohlraumes ein Luftstrom eingeleitet, der den schlauchförmigen Vorformling umströmt und ihn dabei wie ein Luftpolster umgibt, so dass dieser widerstandslos und ohne an den Wänden anzuhaften selbst durch einen Formhohlraum von beträchtlicher Krümmung sicher gleiten kann. Es sind auch Blasformen gemäß EP 0 705 678 B1 bekannt geworden, bei denen am unteren Ende des Formhohlraumes befindliche Öffnungen an Saugvorrichtungen angeschlossen werden, um auf diese Weise die Luft vom unteren Abschnitt des Formhohlraumes abzuziehen, welche zuvor die äußere Oberfläche des in die geöffnete Kavität des geteilten Formwerkzeuges eintretenden Vorformlings umströmt hat. Auch hierbei unterstützt die einströmende Luft als „Schmierluft” den widerstandsfreien Transport des Vorformlings und verringert dadurch die Gefahr für dessen Anhaften an den Formhälften des Blasformwerkzeuges. Mit zunehmender Länge des zu formenden Artikels kommt es bei ungünstigem Größenverhältnis Durchmesser/Länge des Formhohlraumes infolge Zunahme des Strömungswiderstandes für die einströmende Luft zu einem Abriss des „Luftschmierfilms”, so dass die Gefahr wächst, dass im Bereich von in der Kavität des Formwerkzeuges vorhandener Krümmungen kein ausreichender Abstand mehr zwischen der Oberfläche des Vorformlings und den Wandflächen der beiden Formhälften eingehalten werden kann und der Kunststoffschlauch bei seinem Transport bis zum unteren Ende der Blasform an deren Wandung anstößt oder sogar anhaftet. Bekannt ist ferner ein Blasform-Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler extrudierter rohrförmiger Körper nach DE 10 2004 061 258 A1 , bei dem die luftkissengestützten Führung des Vorformlings durch ein an die Luftaustrittsöffnung des Formwerkzeuges angeschlossenes, einen partiellen Unterdruck erzeugendes Venturi-Saugsystem unterstützt wird. Damit soll eine weitgehend trägheitslose Regelung des Strömungsverhaltens der Luft in Anpassung an die jeweils erforderlichen Betriebsbedingungen beim Extrusionsprozess wie auch ein Gleiten des Vorformlings durch das Formwerkzeug bei einem Minimalverbrauch an Ansaugluft und einem Mindestmaß an dafür erforderlichem Energieaufwand erreicht werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen aus thermoplastischen Kunststoffen dahingehend zu entwickeln, dass durch geeignete Strömungsbedingungen für das gasförmige Transportmedium der Transport des Vorformlings durch das Formwerkzeug so verbessert werden kann, dass ein abfallarmes und hochgenaues Blasformen technischer Formteile selbst von geometrisch komplizierter Gestalt, bspw. von dreidimensional gebogenen oder in sich gewundenen Rohrkörpern, in kontinuierlich arbeitenden Blasformmaschinen möglich ist.
Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Vorrichtung, bei welcher der Transport des schlauchförmigen Vorformlings durch die Kavität der Vorrichtung luftkissengestützt erfolgt und bei welcher das Transportgas eingangsseitig in ein Formwerkzeug unter Überdruck eingeleitet und nach Durchströmen der Kavität ausgangsseitig unter Unterdruck abgesaugt wird, wobei die variabel einstellbaren Werte für den Überdruck an der lufteintrittsseitigen Öffnung und für den Unterdruck an der luftaustrittsseitigen Öffnung des Formwerkzeuges einander proportional sind, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die am lufteintrittsseitigen Ende des geteilten Formwerkzeuges unter geeigneter Abdichtung zwischen einer Extrusionsdüse (Düsenwerkzeug) und einer benachbarten oberen Formöffnung des Formwerkzeuges angeordnete und im Überdruck arbeitende Druckluft-Einspeisevorrichtung sowie die am luftaustrittsseitigen Ende des Formwerkzeuges angeordnete und einen Unterdruck erzeugende Ansaugvorrichtung in einer Weise positioniert und miteinander verbunden sind, dass das den Transport des Vorformlings unterstützende gasförmige Medium einen geschlossenen Kreislauf durchläuft, wobei die Druckverhältnisse im Inneren der Kavität des Formwerkzeuges eine Steuereinheit mit Sensoren, Regel- und Stellgliedern regelt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es von Vorteil, für die Ansaugvorrichtung eine Venturidüse einzusetzen. Sie erzeugt im luftaustrittsseitigen Abschnitt der Kavität des Formwerkzeuges einen Unterdruck, während das dabei von der Düse abgegebene Gas (Luft) unter erhöhtem Druck und, durch die Steuereinheit geregelt, erneut über die Druckluft-Einspeisevorrichtung dem Formwerkzeug während der Transportphase des Vorformlings in die Hohlform (Kavität) zugeführt wird. Zweckmäßig ist es, zur Temperierung des Gasstromes einen Heissluftgenerator einzusetzen. Von Vorteil ist es weiterhin, in der Höhe der kritischen Krümmungen des Formhohlraumes mechanische Schwingungen erzeugende pneumatische, hydraulische oder piezoelektrische Schwingungsgeneratoren mit einer den Vorformling von den Wänden der Hohlform abstoßenden Schwingungsrichtung vorzusehen. Auch kann das gasförmige Transportmedium aus einem Schutzgas bestehen, welches dazu dient, etwaige chemische Veränderungen des thermoplastischen Kunststoffes während der Formungsprozesses zu verhindern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer dazugehörigen Zeichnung, die eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Extrusionsblasformen zeigt, näher erläutert.
Die Vorrichtung gemäß der Zeichnung besitzt einen Extrusionsblaskopf 1, dem ein Düsenwerkzeug 2 nachgeschaltet ist. Das Düsenwerkzeug dient der Ausbringung eines dem jeweiligen Formgebungsprozess angepassten, aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Vorformlings. Es ist starr auf dem Extrusionsblaskopf montiert. Unter Verwendung geeigneter Abdichtungen 3 ist das Düsenwerkzeug 2 außerdem mit einer elektrisch beheizbaren Druckluft-Einspeisevorrichtung 4 verbunden, dem wiederum in dichtfester Verbindung ein geteiltes Formwerkzeug 5 mit einer Kavität 6 nachgeschaltet ist. Das Formwerkzeug wird senkrecht zur Pfeilrichtung A abwechselnd geöffnet und geschlossen und ist vor allem dadurch ausgezeichnet, dass dessen Kavität eine dreidimensional stark gewundene Rohrgestalt aufweist, wobei deren Durchmesser-/Längenverhältnis im Größenbereich von 1:50 oder größer liegen kann. Als Verschlusssystem für die Kavität des Formwerkzeuges sind zwischen der Druckluft-Einspeisevorrichtung 4 und der oberen Formöffnung 7 des Formwerkzeuges 5 ein frei positionierbares Schiebersystem 8 quer zum Querschnitt der Kavität sowie ein im Bereich der unteren Formöffnung 10 am anderen Ende des Formwerkzeuges angeordnetes und quer zu dieser Öffnung verschiebbares Schiebersystem 9 vorgesehen. Dem unteren Schiebersystem 9 nachgeschaltet ist eine Ansaugvorrichtung 11 mit einer Venturidüse, die über eine Rohrverbindung 16 luftdicht an die Formöffnung 10 im unteren Abschnitt der Kavität angeschlossen ist. Deren Saug- bzw. Unterdruckwirkung verbessert die Transportwirkung des Strömungsmittels nochmals beträchtlich. Zugleich wird auch die unter Überdruck stehende Abluft der Venturidüse über einen Luftweg 12 erneut der Druckluft-Einspeisevorrichtung 4 sowie der geöffneten Kavität 6 solange zugeführt, bis der Prozess des Ausstoßens des schlauchförmigen Vorformlings aus der Extruderdüse abgeschlossen ist. Erreicht der Vorformling mit seinem freien Ende die untere Formöffnung, so wird diese verschlossen und der Schlauch am anderen Ende abgequetscht. Es besteht somit ein geschlossener Kreislauf für das gasförmige Strömungsmittel, das zum einen – als Transportmittel – den Vorformling bis zum unteren Ende des Formwerkzeuges schiebt und zum anderen – durch Umströmen des Vorformlings – dessen Kollidieren oder Anhaften an den Innenwänden der beiden Formhälften des Formwerkzeuges 5 verhindert. Hierbei sind der Wert des eingangsseitig in der Kavität herrschenden Überdrucks mit seiner den Vorformling schiebenden Wirkung und der Wert des ausgangsseitig in der Kavität vorhandenen „saugenden” Unterdrucks stets proportional zueinander. Zur besseren Einstellung der einander proportionalen Druckverhältnisse im geschlossenen System des Gasstromes dient eine Steuerungseinheit 13 mit entsprechender Sensorik und damit verbundenen Regel- und Stellgliedern 14. Ein Abriss des Luftstromes lässt sich auf diese Weise noch wirkungsvoller verhindern. Im regelbaren Strömungskreislauf können somit die Vorformlinge in der Kavität des Formwerkzeuges weitgehend störungsfrei geführt und gehalten werden. Eine weitere Verbesserung des Gleitens des Vorformlings im Formwerkzeug bewirken den rohrförmigen Formhohlraum in Bereichen kritischer Krümmungen umgebende, auf piezoelektrischer Basis arbeitende Schwingungsgeneratoren 15, deren Schwingungsrichtungen so ausgelegt sind, dass der Vorformling durch die derart erzeugten mechanischen Schwingungen von den Innenwänden des Formhohlraumes abgestoßen wird und sich so problemlos innerhalb dieser Hohlform führen lässt. Als gasförmiges Transportmedium kommt üblicherweise Luft zur Anwendung. Möglich ist aber auch die Verwendung spezieller Schutzgase, wenn sich dadurch spezifische chemische Veränderungen des zu formenden Kunststoffes, hervorgerufen z. B. durch Oxydationsprozesse, vermeiden lassen. Der Temperierung des Gasstromes dient ein externer Heißluftgenerator 17 mit einem regelbaren Heizelement zur Temperatureinstellung, eingebettet in eine mit rostfreiem Eisenkies angefüllte Patrone. Dadurch ist beim zyklisch wiederkehrenden Start der Blasformmaschine sofort die für den einwandfreien Betriebsablauf erforderliche Temperatur verfügbar. Die jeweils benötigte Patronen- bzw. Speicherleistung bemisst sich nach dem zyklischen Wärme- und Luftmengenbedarf. Eine Temperierung des Gasstromes ist insbesondere auch dann angezeigt, wenn Hochtemperatur-Werkstoffe verarbeitet werden sollen und ein vorzeitiges Erkalten des extrudierten Vorformlings verhindert werden muss.

Claims

Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen aus thermoplastischen Kunststoffen, mit einem Extrusionskopf (1) und einer Extrusionsdüse (2) zum Extrudieren des Vorformlings in eine Kavität (6) eines geteilten Formwerkzeuges (5) mit lufteintritts- und luftaustrittsseitigen Formöffnungen (7 und 10), wobei der Transport des Vorformlings luftkissengestützt in einem durch die Kavität (6) des Formwerkzeuges strömenden gasförmigen Medium erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die am lufteintrittsseitigen Ende des geteilten Formwerkzeuges (5) unter geeigneter Abdichtung zwischen der Extrusionsdüse (2) und der oberen Formöffnung (7) des Formwerkzeuges angeordnete und im Überdruck arbeitende Druckluft-Einspeisevorrichtung (4) sowie die an der unteren Formöffnung (10) am luftaustrittsseitigen Ende des Formwerkzeuges angeordnete und einen Unterdruck erzeugende Ansaugvorrichtung (11) in der Weise positioniert und miteinander verbunden sind, dass das den Transport des Vorformlings unterstützende gasförmige Medium einen geschlossenen Kreislauf durchläuft, wobei die Druckverhältnisse im Inneren der Kavität des Formwerkzeuges (5) eine Steuereinheit (13) mit Sensoren, Regel- und Stellgliedern (14) regelt.
Vorrichtung zum Blasformen extrudierter Vorformlinge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ansaugvorrichtung (11) eine Venturidüse vorgesehen ist, die im luftaustrittsseitigen Abschnitt der Kavität (6) des Formwerkzeuges (5) einen Unterdruck erzeugt und deren von der Venturidüse abgegebenes Gas, unter Überdruck und durch die Steuereinheit (13) geregelt, während des Transports des Vorformlings in die Kavität (6) erneut über die Druckluft-Einspeisevorrichtung (4) dem Formwerkzeug (5) zugeführt wird.
Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heissluftgenerator (17) mit Temperaturregelung zur Temperierung des Gasstromes vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (5) elektrisch beheizbar ist.
Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Höhe der kritischen Krümmungen der Kavität (6) mechanische Schwingungen erzeugende pneumatische, hydraulische oder piezoelektrische Schwingungsgeneratoren (15) mit einer den Vorformling von den Wänden der Kavität abstoßenden Schwingungsrichtung vorgesehen sind.
Vorrichtung zum Blasformen von extrudierten Vorformlingen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Transportmedium zur Vermeidung chemischer Materialveränderungen des Vorformlings ein inertes Schutzgas ist.